6.6. Лазерная сварка ткани

Соединение рассеченных тканей представляет собой необходимый этап многих операций. Обычно эта задача решается путем сшивания краев ткани нитями, изготовленными из различных материалов, соединения их металлическими скрепками или склеивания.

Значительную техническую сложность и, кроме того, опасность в послеоперационном периоде представляет особый вид соединения тканей, так называемые анастомозы. Это сшивание стенок трубчатых органов (например, кровеносных сосудов, отрезков кишки) или нервов. В этих случаях необходимы:

– абсолютная герметичность шва,

– его высокая устойчивость к механическим нагрузкам, особенно при операциях на нервах и кишечнике,

– для нервных стволов необходима прежде всего минимальная травматизация ткани в зоне анастамоза.

Для сварки тканей могут успешно применяться лазеры. Это было показано многими экспериментами, но в клинической практике лазеры для сварки пока применяются довольно редко. В таблице 16 приведены типы лазеров, которые были использованы для сварки.

Таблица 16. Применения лазерной сварки

Область применения	Тип лазера
Сшивание артерий и вен	Ar , , диодный, Nd:YAG (1,32 мкм, 1,9 мкм) Nd:YAG с удв.част.(532 нм)
Соединение отрезков кишки	Nd:YAG (1,06 мкм)
Соединение отрезков общего желчного протока
Герметизация отрезка бронха при операции на легком
Кожный шов	Ar
В операциях уретопластики	диодный
Соединение рассеченных краев семявыводящего протока	Nd:YAG (1,06 мкм)
Сшивание «конец в конец» пересеченного нервного ствола	Nd:YAG (1,32мкм)

Предпочтительный выбор лазера определяется тем, в какой части шва (по его глубине) соединение должно быть наиболее прочным. Для большинства тканей целесообразно, чтобы нагрев, оплавление и последующая сварка происходили лишь в наружном слое, в котором располагается большинство силовых структур. В этом случае наиболее пригодным считают Nd:YAG лазер с длиной волны 1,32 мкм, что вполне достаточно для поверхностного плавления стенки, в том числе сосудистой.

При сварке стенок кишечника большинство силовых структур (коллагеновых волокон) располагается на большой глубине, поэтому прогрев шва должен быть глубоким. В этом случае предпочтительно использовать аргоновый лазер или обычный Nd:YAG (1,06 мкм).

В последнее время предпочитают использовать диодные лазеры: они миниатюрные, работают от батареек, которые размещаются в рукоятке манипулятора.

Для предотвращения глубокого нагревания тканей используют нанесение на поверхность будущего шва специального припоя – вещества, интенсивно поглощающего излучение в области длины волны используемого лазера. Это может быть кровь оперируемого пациента, тушь или другие красители и химические соединения.

Функции припоя:

– уменьшение глубины проникновения излучения,

– повышение прочности (белковый),

– предотвращение высыхания.

Было показано, что если материал припоя имеет белковую основу, то он усиливает прочность сварного шва. Возможно, что такой же эффект дают белки свариваемой ткани, подвергающиеся плавлению и затем застывающие, подобно клею, в месте стыка.

Механизм лазерной сварки еще до конца не выяснен. При нагревании происходит денатурация коллагеновых волокон сопоставленных краев ткани, а затем их достаточно прочное соединение по месту стыка. Обеспечение прочного контакта может происходить вследствие

– формирования новых ковалентных связей,

– переплетения пересеченных концов пучков коллагена друг с другом,

– сплавления отдельных коллагеновых волкон между собой.

Температуры лазерной сварки составляют 60 – 80^оС. В этих условиях коллаген подвергается необратимой денатурации. Но антигенных свойств он не приобретает и поэтому не провоцирует иммунного ответа или реакции отторжения. Как и любой денатурированный биоматериал, термически обработанный коллаген на месте шва постепенно ликвидируется и замещается новыми коллагеновыми волокнами, которые синтезируются фибробластами, мигрирующими на место стыка из соседних участков ткани.

Прочность сварного шва зависит от температуры, при которой проводилась сварка. В экспериментах на животных было установлено, что при более высоких температурах прочность сварного шва сразу же после процедуры выше. Однако через несколько дней картина меняется на противоположную: чем выше была температура в момент операции, тем слабее становился сварной шов. Поэтому наиболее оптимальными являются значения температуры сварки 60 – 80^оС. Перегрев выше 90^оС является нежелательным.

Проведение операции сварки происходит следующим образом.

1). Производят сопоставление краев сосуда (или иного полого органа).

2). Производят фиксацию краев друг к другу двумя-тремя обычными швами (так называемые наметочные швы). В случае кишки или семявыводящего протока для лучшей стыковки краев в просвет будущего анастамоза вводят плотный вкладыш из материала, который впоследствии довольно быстро растворится в жидкой среде.

3). После этого приступают к лазерной сварке. Лазерная сварка длится от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, в зависимости от длины сварного шва. Это существенно быстрее, чем при обычных способах соединения тканей.

Подобранные экспериментально плотности мощности излучения составляют, в зависимости от типа ткани и используемого лазера, от 4 Вт/см² (артерия, Ar лазер, с припоем) до 700 Вт/см² (диодный лазер, 830 нм).

Основные требования к сварным швам:

– прочность шва, как сразу после процедуры, так и в более позднем периоде,

– герметичность шва,

– шов должен быть антитромбогенным, то есть не вызывать формирования тромбов на внутренней (просветной) поверхности сварного шва.

Несоблюдение этих требований может вызвать очень тяжелые последствия в послеоперационном периоде, в частности, послеоперационное кровотечение по месту сосудистого анастомоза или острый перитонит при работе на кишечнике.

Для обеспечения достаточной прочности сварного шва сразу после процедуры необходимо использовать режимы облучения, обеспечивающие достаточную температуру материала – не менее 60^оC. Для обеспечения прочности сварного шва в более позднем периоде необходимо избегать перегрева сварного шва при облучении. Выполнение этих двух условий требует правильного выбора лазера, режима облучения и припоя. Своевременное добавление припоя позволяет избежать высушивания ткани в ходе облучения, что тоже повышает прочность сварного шва.

Для герметичности шва необходимо, чтобы он был непрерывным.

Исследования показали, что причиной послеоперационного тромбообразования является перегрев (выше 50^оC) в ходе лазерной сварки внутренних слоев артерии или вены. Для предотвращения тромбообразования рекомендуется

– снижение мощности излучения,

– обильное орошение места облучения во время процедуры сварки физиологическим раствором,

– использование специальных припоев,

– адекватный контроль температуры.

Контроль температуры может проводиться с использованием автоматической системы с обратной связью на излучатель.

Достоинства лазерной сварки:

– при грамотном выполнении операции прочность сварного шва не ниже, а в ряде случаев выше обычного,

– воспалительная реакция более короткая, то есть протекает быстрее, чем при обычном соединении,

– рубцевание менее выражено,

– при работе на артериях реже возникают аневризмы,

– сама операция намного проще и короче.

а) б)

в)

Рисунок 19. Способы формирования анастомозов при лазерной сварке: а) обычный способ (1 шов),

б) путем натяжения одного конца на другой (2 шва),

в) при размещении широкого циркулярного лоскута из аутофасции (3 шва).

Возможно осуществить различные варианты (А.И.Неворотин) предварительного соединения свариваемых отрезков ткани, позволяющих повысить прочность и герметичность сварного шва (см. рисунок 19).

Помимо обычного соединения встык (рисунок 19а) возможно осуществить натяжение одного из краев будущего анастомоза на другой, с последующей сваркой с припоем по краю, оказавшемуся снаружи (рисунок 19б). При этом помимо припоя на месте шва необходимо разместить круговую прокладку из аутоткани, богатой коллагеном, например, из сухожилия или фасции. Еще один возможный способ формирования анастомозов при лазерной сварке заключается в формировании муфты из аутоткани вокруг места стыковки с циркулярной сваркой по обеим краям муфты и по стыку (рисунок 19в). В этом случае наметочные швы могут оказаться вообще не нужными.

Был апробирован экспериментально и исследован анастомоз «конец–в–конец» между отрезками нервного ствола. На место стыка накладывали несколько слоев фибриновой пленки, а затем обрабатывали по кругу пучком лазерного излучения (СО₂ лазер) при пониженной плотности мощности излучения (расфокусировка). Оказалось, что сварной шов превосходил обычный по прочности, электрофизиологическим параметрам и ультраструктурной сохранности нервных волокон.

Рекомендуемая литература

1. А.И.Неворотин. Введение в лазерную хирургию. СПб.: Спецлит, 2000.

2. Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие. Под ред. Х.–П.Берлиена, Г.Й.Мюллера. Интерэксперт, М., 1997.

3. Лазеры в клинической медицине. Под ред. С.Д.Плетнева. М.:Медицина, 1996.

4. В.Е.Илларионов. Основы лазерной терапии. М., 1992.

5. А.В.Приезжаев и др. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.: Наука, 1989.

6. Лазеры в биологии и медицине. Сост. А.В.Кириленко. СПб, 1994.

7. В.А.Серебряков. Лазерные технологии в медицине. Издание СПбГИТМО (ТУ), 2009.

8. И.А.Михайлова, Г.В.Папаян, Н.Б.Золотова, Т.Г.Гришачева. Основные принципы применения лазерных систем в медицине. Под ред. акад.Н.Н.Петрищева. СПб, 2007, 44с.

9. А.Ф.Цыб, М.А.Каплан и др. Клинические аспекты фотодинамической терапии. Калуга, изд-во научной литературы Н.Ф.Бочкаревой, 2009, 204с.

10. М.С.Плужников, А.И.Лопотко, М.А.Рябова. Лазерная хирургия в оториноларингологии. Минск, 2000.

11. Лазеры в хирургии. Под ред. О.К.Скобелкина. М.: Медицина, 1989.

12. Лазеры в медицине. Теоретические и практические основы. Рекомендации к практическим занятиям по изучению и использованию. СПб: СПбГМУ, 1998.

13. Е.А.Шахно. Аналитические методы расчета лазерных микро- и нанотехнологий. Учебное пособие. Издание СПбГИТМО (ТУ), 2009.

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»